姚彥東

【摘 要】論文簡要概述了電氣化鐵路供電系統(tǒng)和電氣化鐵路對電力系統(tǒng)的影響，并探討了改善這種不良影響的有效措施，以期能推進我國電氣化鐵路進一步發(fā)展。

【Abstract】This paper briefly outlines the influence of electrified railway power supply system and electrified railway on power system， and discusses the effective measures to improve the adverse effects，in order to promote the further development of electrified railway in China.

【關(guān)鍵詞】電氣化鐵路供電系統(tǒng)；電力系統(tǒng)；影響

【Keywords】electrified railway power supply system； power system； influence

【中圖分類號】TM711 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0189-02

1 引言

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新型材料的應(yīng)用，我國電氣化鐵路得到空前發(fā)展，為我國鐵路運輸業(yè)提供了巨大的推動力。但是，在電氣化鐵路系統(tǒng)日漸完善的同時，其對電力系統(tǒng)的影響也更加明顯，由于電氣化鐵路系統(tǒng)中，電力機車帶有沖擊性負荷，如果將其接入電網(wǎng)，必然會在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生巨大的諧波電流，如果并未實施科學(xué)且合理的治理措施，必然會嚴重威脅電力系統(tǒng)運行的安全性和平穩(wěn)性。

2 電氣化鐵路供電系統(tǒng)概述

2.1電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)

電氣化鐵路相較于傳統(tǒng)鐵路，其帶動列車運行的電力機車缺乏自帶能源，電能供給主要依靠牽引供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括接觸網(wǎng)和牽引變電站，前者主要采取的供電方式包括：吸流變壓器供電方式、帶回流線的直接供電方式和自耦變壓器供電方式等[1]?，F(xiàn)階段，在我國普速電氣化鐵路中，帶回流線的直接供電方式較為常見，而自耦變壓器供電方式則多應(yīng)用于諸如客運專線等高速電氣化鐵路中；牽引變電站的建設(shè)主要集中在鐵路沿線，根據(jù)鐵路的電氣化區(qū)段，充分考慮接觸網(wǎng)供電性能和牽引負荷等情況，在鐵路沿線設(shè)置多個牽引站，每兩個牽引站之間的距離固定。并且在具體供電過程中采取雙線雙變的供電方式，具體分成兩路供電，二者互為熱備用，并且每個牽引變電站擁有兩個供電臂，如果有一個變電站出現(xiàn)供電故障，則通過接觸網(wǎng)網(wǎng)臂在相鄰變電站的作用下完成供電，此時會對行車密度以及速度產(chǎn)生影響，但不會導(dǎo)致停運，如進行合理調(diào)度，必然會減少不良影響。

2.2 牽引變壓器接線方式

目前，單相接線、SCOTT接線和阻抗平衡接線等方式多用于牽引變壓器接線種，其中后兩者屬于平衡變接線。首先，通常情況下，單相接線為鐵道部的首選接線方式，在我國220kV牽引變電站中多采用此種變壓器，其操作簡單、容量利用率可達到100%，并且在具體運行過程中與自耦變壓器供電方式相配合，從而增大了牽引變電站供電半徑，能夠有效地降低造價和運行成本。但是其負序電流產(chǎn)生概率較大，給電力系統(tǒng)電能質(zhì)量帶來不利影響。其次，SCOTT變壓器具有兩臂，如果其與自耦變壓器供電方式相配合，牽引變電站半徑增加的距離甚至超出單相變所增加的距離，但其造價成本較后者有所增加，如果綜合分析考慮用戶及電網(wǎng)的綜合情況，其應(yīng)用價值仍然較高。最后，阻抗匹配平衡接線變壓器為我國自主研制的，并且在中性點接地系統(tǒng)作業(yè)中，工作人員對電流和電壓進行調(diào)整，使得兩相或者三相變換達到平衡狀態(tài)。

3 電氣化鐵路對電力系統(tǒng)的影響

3.1 負序電流對電力系統(tǒng)的危害

在運行過程中，負序電流會影響發(fā)電機的正常運行，出現(xiàn)不對稱運行現(xiàn)象，以此限制了發(fā)電機出力。電力系統(tǒng)中由負序分量控制的繼電保護裝置較為常見，受負序電流影響，該類裝置會出現(xiàn)誤動作，并且在負序電流作用時間延長的影響下，常規(guī)距離保護會處于閉鎖狀態(tài)，嚴重時甚至?xí)?dǎo)致距離保護退出運行。此外，變壓器會受到負序電流的影響，出現(xiàn)三相電流中一相增大的現(xiàn)象，影響變壓器的額定出力，降低了變壓器的附加量，使得變壓器中的鐵芯磁路附加發(fā)熱。而如果送電線路存在負序電流，其自身不做功，但會損失電能，以此導(dǎo)致網(wǎng)損增加，進而影響電力系統(tǒng)中送電線路的輸送能力。

3.2 諧波電流對電力系統(tǒng)的危害

諧波電流對電力系統(tǒng)的影響主要集中在如下三個方面：①當諧波電流過大時，其流入電氣設(shè)備會出現(xiàn)過熱或者超負荷等現(xiàn)象，并在特定條件的作用下產(chǎn)生諧振現(xiàn)象；②如果諧波電流作用于計量設(shè)備和儀表，并且設(shè)備和儀表受電壓波形控制，則諧波電流必然會引起計量誤控和誤差，使得計量準確性降低；③對變壓器的影響，變壓器本身便是諧波的源頭，同時也是諧波傳送的主要路徑，如果變壓器勵磁電流中的諧波含量處于正常值，則并不會增加鐵損或者發(fā)熱情況，但是如果發(fā)生諧振現(xiàn)象，便會對變壓器造成嚴重損害。并且如果變壓器采取全星型接線模式，繞組中性點接地且所屬電網(wǎng)中分布較大的電容，則會給諧振現(xiàn)象的發(fā)生創(chuàng)造條件。

4 改善電氣化鐵路對電力系統(tǒng)不良影響的有效措施

4.1 危害案例

近年來，我國電氣化鐵路運行中發(fā)生事故較多，其中以某市電廠#3號機單車運行時發(fā)生的事故影響較大，在具體運行過程中因系統(tǒng)中電磁諧波和負序電流的共同作用，機車的負序電流保護動作跳閘，造成的甩負荷高達145MW，最終導(dǎo)致該市大部分供電中斷，大面積停電事故嚴重影響了城市的正常運轉(zhuǎn)。基于類似事故，現(xiàn)提出相應(yīng)的改善措施。

4.2 鐵路系統(tǒng)相應(yīng)采取的解決措施

為了避免類似于上述惡性事故的發(fā)生，鐵路系統(tǒng)必須針對電氣化鐵路的發(fā)展實際情況，制定有效的事故解決措施，以此避免對電力系統(tǒng)造成的不良影響，其具體措施如下。①牽引變電站的調(diào)整，在具體設(shè)計中，相關(guān)單位及人員應(yīng)充分考慮抑制負序電流的問題，可通過電氣化區(qū)段牽引站換相減少注入電力系統(tǒng)中的負序電流。此外，在具體設(shè)計中同樣要考慮抑制諧波，可在牽引站的接觸網(wǎng)的A、B相線上安裝濾波器，專門致力于三次諧波的濾除，但是在電力機車實際運行中，其產(chǎn)生的諧波電流仍有大部分進入到電力系統(tǒng)中，危害仍然不能小覷，因此必須在此基礎(chǔ)上配合其他措施，已達到有效抑制諧波電流的目的。②機車本身的調(diào)整，機車本身是無功電流與諧波電流的主要源頭，因此為了保證電能質(zhì)量，必須對其本身進行相應(yīng)調(diào)整，工作人員可將三次諧振電容補償電路設(shè)置在機車牽引繞組上，每輛機車設(shè)置4組，能夠?qū)χC波電流進行有效吸收。此外也可根據(jù)機車無功大小情況，設(shè)置相應(yīng)的諧振補償裝置，以此有效降低諧振現(xiàn)象發(fā)生的概率。

4.3 優(yōu)化牽引供電方式

為了降低事故對用戶和系統(tǒng)的不良影響，鐵路部門在采取輪轉(zhuǎn)換相接入方式接入系統(tǒng)的同時，在牽引供電系統(tǒng)中接入外部電源，以220 kV 電壓等級系統(tǒng)為主，能夠充分利用電力系統(tǒng)電能承載力。此外，最好選擇平衡接線變壓器，以此對三相不平衡造成較小的影響。在具體運行過程中，電網(wǎng)運行方式的選擇受負序電流呈現(xiàn)模式影響，當負序電流具有明顯的臨時性或者過渡性，則選擇臨時的電網(wǎng)運行方式，比如切換電網(wǎng)中某一段的線路或者變壓器的投入與退出，進而對系統(tǒng)中負序電流分配情況實現(xiàn)改變，通常情況下，這種方式適用于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較薄弱的地區(qū)。此外，還應(yīng)該在電氣化鐵路外部電源的變電站裝設(shè)線路保護裝置，并調(diào)整線路距離保護震蕩閉鎖模式，以突出快速復(fù)位功能為主，確保當發(fā)生沖擊負荷等情況時，距離保護能快速進入保護狀態(tài)。

4.4 設(shè)置無功補償裝置

在電氣化鐵路牽引變電站中，在無機車通過的情形下，變電站會向電網(wǎng)發(fā)送無功，因此在電氣化鐵路牽引變電站中無功補償應(yīng)選擇動態(tài)補償?shù)哪Ｊ?，并?yīng)結(jié)合牽引變電站的實際情況，將無功補償與諧波電流等治理進行有機結(jié)合，以此保證電力系統(tǒng)的安全性。在本次事故后牽引變電站調(diào)整中，引進無功補償技術(shù)措施，其中三相動態(tài)無功補償裝置、單相固定補償兼濾波裝置等為較為常見的無功補償裝置。

5 結(jié)語

綜上所述，電氣化鐵路是電力需求增長的重要推動力，而電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行也給電氣化鐵路發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。因此相關(guān)部門必須采取有效措施，加強對負序電流和諧波電流等的治理工作，以此推動我國電力系統(tǒng)和電氣化鐵路共同發(fā)展。

【參考文獻】

【1】蔣慶舉.電氣化鐵路供電系統(tǒng)遷移施工工藝[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，36（4）：408-413.